Dünger aus Urin könnte Weltraumlandwirtschaft ermöglichen

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Forscher der Tokyo University of Science entwickeln eine neue elektrochemische Technologie zur Herstellung von Dünger auf Ammoniakbasis aus Harnstoff.
Aus der Perspektive zukünftiger Gesellschaften ist in extrem geschlossenen Umgebungen wie einer Raumstation die Selbstversorgung mit Nahrungsmitteln und die Abfallentsorgung entscheidend. Allerdings fehlt es noch an der Technologie, um dies zu erreichen.

In einer neuen Studie beleuchten Wissenschaftler aus Japan ihren jüngsten Durchbruch: eine billige und effiziente Methode zur Herstellung von Flüssigdünger (Ammoniak) aus vereinfachtem künstlichem Urin, der einen idealen doppelten Zweck erfüllt: den Anbau von Nahrungsmitteln und die Behandlung von Abfällen.
In extremen Umgebungen können selbst die einfachsten Aufgaben wie unüberwindbare Herausforderungen erscheinen. Wegen solcher Schwierigkeiten hat sich die Menschheit größtenteils auf Böden niedergelassen, die für die Ernte von Feldfrüchten, das Hüten von Vieh und den Bau von Unterkünften günstig waren. Aber wenn wir versuchen, die Grenzen der menschlichen Erforschung zu erweitern, sowohl auf der Erde als auch im Weltraum, werden die Menschen, die bei dieser Suche Pionierarbeit leisten, zweifellos mit Bedingungen konfrontiert werden, die für eine menschliche Besiedlung im Grunde genommen nicht förderlich sind.

Eine der größten Herausforderungen für jede geplante Langzeitsiedlung, sei es in der Antarktis oder auf dem Mars (vielleicht in naher Zukunft), ist das Erreichen eines gewissen Grades an Autonomie, um isolierten Kolonien das Überleben zu ermöglichen, selbst im Falle eines katastrophalen Ausfalls der Versorgung.

Und der Schlüssel zum Erreichen dieser Autonomie ist die Sicherstellung von ausreichender Nahrung und Selbstversorgung. Kein Wunder also, dass die Weltraum-Agrartechnologie eines der Forschungsthemen ist, mit denen sich das Research Center for Space Colony an der Tokyo University of Science derzeit beschäftigt.

Die Forscher wollen hier die technologische Entwicklung für eine sichere und nachhaltige Weltraumlandwirtschaft vorantreiben – mit dem Ziel, Menschen in einer extrem geschlossenen Umgebung wie einer Raumstation langfristig zu ernähren.
Zu diesem Zweck wurde eine innovative Studie von einem Team japanischer Forscher unter der Leitung von Junior Associate Professor Norihiro Suzuki von der Tokyo University of Science durchgeführt – diese Studie, die als “Letter” veröffentlicht wurde, schaffte es auf die Titelseite des angesehenen New Journal of Chemistry der Royal Society of Chemistry.

In dieser Studie zielten Dr. Suzuki und sein Team darauf ab, das Problem der Nahrungsmittelproduktion in geschlossenen Umgebungen, wie z. B. in einer Raumstation, anzugehen.
Ausgehend von der Erkenntnis, dass Landwirte seit Jahrtausenden tierische Abfälle als Dünger verwenden, da sie eine reiche Stickstoffquelle darstellen, untersuchten Dr. Suzuki und sein Team die Möglichkeit, aus Harnstoff (dem Hauptbestandteil von Urin) einen Flüssigdünger herzustellen.

Dies würde auch gleichzeitig das Problem der Behandlung oder des Managements menschlicher Abfälle im Weltraum lösen! Dr. Suzuki erklärt: “Dieser Prozess ist aus der Perspektive interessant, ein nützliches Produkt, d.h. Ammoniak, aus einem Abfallprodukt, d.h. Urin, herzustellen, und zwar mit gewöhnlicher Ausrüstung bei Atmosphärendruck und Raumtemperatur.”
Das Forschungsteam, zu dem auch Akihiro Okazaki, Kai Takagi und Izumi Serizawa von ORC Manufacturing Co. Ltd. aus Japan – entwickelte ein “elektrochemisches” Verfahren zur Gewinnung von Ammonium-Ionen (die üblicherweise in Standarddüngemitteln vorkommen) aus einer künstlichen Urinprobe.

Ihr Versuchsaufbau war einfach: Auf der einen Seite befand sich eine “Reaktions”-Zelle mit einer “Bor-dotierten Diamant”-Elektrode (BDD) und einem lichtinduzierbaren Katalysator oder “Photokatalysator”-Material aus Titandioxid. Auf der anderen Seite befand sich eine “Gegen”-Zelle mit einer einfachen Platinelektrode.

Wenn Strom in die Reaktionszelle geleitet wird, wird der Harnstoff oxidiert und bildet Ammoniumionen.

Dr. Suzuki beschreibt diesen Durchbruch folgendermaßen: “Ich bin Mitglied des ‘Space Agriteam’, das sich mit der Lebensmittelproduktion beschäftigt, und mein Forschungsschwerpunkt liegt in der physikalischen Chemie; daher kam ich auf die Idee, einen Flüssigdünger ‘elektrochemisch’ herzustellen.”
Das Forschungsteam untersuchte dann, ob die Zelle in Anwesenheit des Photokatalysators effizienter wäre, indem sie die Reaktion der Zelle mit und ohne ihn verglichen.

Sie fanden heraus, dass, während der anfängliche Abbau von Harnstoff mehr oder weniger gleich war, die produzierten Stickstoff-basierten Ionen sowohl in der Zeit als auch in der Verteilung variierten, wenn der Photokatalysator eingeführt wurde. Insbesondere war die Konzentration von Nitrit- und Nitrat-Ionen in Gegenwart des Photokatalysators nicht so stark erhöht.

Dies deutet darauf hin, dass die Anwesenheit des Photokatalysators die Bildung von Ammoniumionen förderte.
Dr. Suzuki erklärt: “Wir planen, das Experiment mit echten Urinproben durchzuführen, da dieser nicht nur primäre Elemente (Phosphor, Stickstoff, Kalium), sondern auch sekundäre Elemente (Schwefel, Kalzium, Magnesium) enthält, die für die Pflanzenernährung wichtig sind! ” Daher sind Dr. Suzuki und sein Team optimistisch, dass diese Methode eine solide Grundlage für die Herstellung von Flüssigdünger in geschlossenen Räumen bietet, und, wie.

Dr. Suzuki bemerkt: “Es wird sich als nützlich erweisen, um den Langzeitaufenthalt in extrem geschlossenen Räumen, wie z. B. Raumstationen, zu ermöglichen.”
Die Besiedlung des Mars durch Menschen mag noch in weiter Ferne liegen, aber diese Studie ist sicher

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